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三羧酸循環(huán)的最后一步是蘋果酸氧化成草酰乙酸，由L-蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase，MDH）催化。這是第四次氧化，生成NADH。這個反應(yīng)在能量上不利，由于草酰乙酸的不斷消耗，而得以持續(xù)進(jìn)行。  蘋果酸的氧化 MDH以二聚體發(fā)揮作用，被檸檬酸變構(gòu)抑制，可被ATP、ADP、延胡索酸、天冬氨酸和高濃度草酰乙酸抑制。 MDH也有不同的細(xì)胞定位。線粒體MDH2參與三羧酸循環(huán)，細(xì)胞質(zhì)MDH1參與NADH的轉(zhuǎn)運(yùn)（蘋果酸穿梭）過程，聯(lián)系著糖酵解與氧化磷酸化。有研究認(rèn)為腫瘤的代謝調(diào)控與MDH密切相關(guān)（Oncogene. 2017）。  蘋果酸脫氫酶參與腫瘤代謝模型，引自Biomol Ther (Seoul). 2018 有很多關(guān)于MDH結(jié)構(gòu)與功能的研究，特別是關(guān)于其催化機(jī)制、底物特異性和熱穩(wěn)定性方面。據(jù)報道，來自超嗜熱古細(xì)菌Pyrobaculum calidifontis的蘋果酸脫氫酶Pcal_1699最適溫度為90°C，在沸水中加熱6小時后仍保留90％以上的活性（Extremophiles. 2016）。 總體來說，每輪循環(huán)產(chǎn)生3個NADH，1個FADH2，1個GTP，相當(dāng)于10個ATP。加上酵解和丙酮酸脫氫，每個葡萄糖有氧氧化共產(chǎn)生30-32個ATP。注意丙酮酸脫氫酶產(chǎn)生的NADH已經(jīng)在線粒體中，不需要穿梭。 三羧酸循環(huán)的一個難點(diǎn)是其不對稱反應(yīng)，或者說是碳原子去向問題。三羧酸循環(huán)整體上每輪氧化掉一個乙酰輔酶A，放出兩個二氧化碳。但具體到每一輪反應(yīng)，放出的二氧化碳來自草酰乙酸的1、4位，新加入的乙酰輔酶A并不會生成二氧化碳。乙酰輔酶A的1位碳原子進(jìn)入新生成的草酰乙酸1位或4位，下一輪放出；其2位碳則進(jìn)入新生草酰乙酸的2位或3位。每一輪中，草酰乙酸的3位進(jìn)入新生草酰乙酸的1、4位，下一輪放出；2位則進(jìn)入2、3位，即有一半幾率在兩輪后放出。  三羧酸循環(huán)中碳原子的去向 三羧酸循環(huán)的作用不僅是氧化乙酰輔酶A，它還溝通糖、脂和蛋白質(zhì)代謝。氨基酸和許多小分子物質(zhì)通過三羧酸循環(huán)互相轉(zhuǎn)化。所以三羧酸循環(huán)的中間物可以作為生物合成的前體，如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸，琥珀酰輔酶A可用于合成卟啉等。 如果三羧酸循環(huán)的中間物被“挪用”過多，就會降低草酰乙酸濃度，抑制三羧酸循環(huán)，影響機(jī)體能量供應(yīng)。這時就需要用其它物質(zhì)補(bǔ)充草酰乙酸，稱為“回補(bǔ)反應(yīng)”。 線粒體中的丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）可以催化丙酮酸與ATP、水和CO2生成草酰乙酸。反應(yīng)需要鎂離子和生物素。丙酮酸羧化酶是調(diào)節(jié)酶，平時活性較低，當(dāng)草酰乙酸不足時，乙酰輔酶A濃度升高，可以促進(jìn)其活性。  丙酮酸的羧化反應(yīng) 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）也可用于回補(bǔ)反應(yīng)，同時生成一個GTP。反應(yīng)由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PCK）催化，有胞漿型的PCK1和線粒體型的PCK2。這是一個可逆反應(yīng)，在糖異生時催化草酰乙酸生成PEP。 在氨基酸較多時，可以由天冬氨酸轉(zhuǎn)氨生成草酰乙酸，或者由谷氨酸生成α-酮戊二酸，由異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸生成琥珀酰輔酶A，再通過三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為草酰乙酸。 參考文獻(xiàn)：
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